Güneş Enerjisi Bataryaları: Lityum İyon Kullanımı
Pil Nedir?
Pil; kimyasal enerjinin bir yerde depolanabilmesi ve/veya elektrik enerjisine dönüştürülebilmesini sağlamak amacıyla kullanılan aletin adıdır.
Pilin İçinde Ne Var?
Pilin içeriğinde elektrokimyasal hücre veya hücreler ile yakıt hücreleri ayrıca akış hücreleri gibi elektrokimyasal aygıtlar bulunmaktadır.
Pil Nasıl Çalışır?
Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren pillerin bu enerji dönüşümü tek yönlü ise bu pile, PRİMER yapıda yani tek kullanımlık veya halk arasındaki tabirle şarjsız pil denilmektedir. Eğer bu dönüşüm her iki yönde de gerçekleşebiliyor ise yani elektrik enerjisi tekrardan kimyasal enerjiye dönüşerek uzun sürelerde enerji kullanımı sağlanabiliyorsa ise bu pillere; SEKONDER veya diğer bir tabirle şarj edilebilir pil denilmektedir. Bilinen en eski pillerin ise M.Ö. 250 ve M.S. 640 yılları arasında yapıldığı tahmin edilmektedir. Pillerin gelişimi 1800’lü yıllara dayanmakta olup İtalyan fizikçi Alessandro Volta tarafından Voltaik pillerin geliştirilmesi ile başlamaktadır.
Pil Çeşitleri ve Yapımı
Genel olarak piller tek kullanımlık yani şarj edilemeyen ve çok kullanımlık yani şarj edilebilen piller olmak üzere ikiye ayrılır.
- Kullanıldıktan sonra Kullanım İşlevini Kaybeden yani Şarj Edilmeyen Piller
- Şarj Edilebilen Yani Tekrar Tekrar Kullanılabilen Piller
Kullanıldıktan Sonra Kullanım İşlevini Kaybeden yani Şarj Edilmeyen Piller
Bu gruba giren pillerde elektrik üretiminin pilde yol açtığı kimyasal tepkimenin ters yönde gerçekleşmesi mümkün değildir. Bu pillerin çeşitleri ise aşağıdaki şekildedir.
- Çinko karbon Piller: Bu piller düşük maliyetli olup az enerji gerektiren alet ve işlerde kullanılırlar.
- Çinko klorid Piller: Bu piller Çinko karbon pilden biraz daha uzun ömürlü pillerdir.
- Alkalin Piller: Alkaline – manganez olarak da adlandırılan piller en uzun ömürlü pillerdendir ve daha fazla güce ihtiyaç duyulan cihazlarda kullanılmaktadır.
- Gümüş oksit Piller: Genelde işitme cihazlarında kullanılan pil çeşididir.
- Lityum Piller: Genelde dijital kameralarda kullanılmaktadır. Buna ek olarak saat ve bilgisayar saatlerinde de kullanıldığı görülür. Çok uzun ömürlüdür ancak fiyatı diğerlerine göre biraz pahalıdır.
- Cıva Piller: Genelde dijital saatlerde kullanılan pil çeşididir.
- Çinko-hava Pili: Bu piller de genel olarak işitme cihazlarında kullanılmaktadır.
- Isıl (Termal) Pil: Bu piller yüksek sıcaklık depolarlar. Kullanım yeri genellikle askeri uygulamalardır.
Şarj Edilebilen Yani Tekrar Tekrar Kullanılabilen Piller:
Bu tür pillerde elektrik üretimi için pil içinde olan kimyasal tepkimenin ters yönde elektrik verildiğinde tam ters yönde de gerçekleştirilmesi mümkündür. Bu pillerin çeşitleri ise aşağıdaki şekildedir.
- Kurşun asit Piller: Bu piller genellikle arabalarda, alarm sistemlerinde ve kesintisiz güç ihtiyacı olan yerlerde kullanılmaktadır.
- Lityum iyon Piller: Oldukça yaygın olan pil çeşitlerindendir. Lion pil, li ion pil ve li-ion pil olarak da bahsedilir. Bu pillerde yüksek oranda şarj yoğunluğu bulunmaktadır. Bu piller sıklıkla dizüstü bilgisayarlar(laptoplarda), cep telefonlarında, müzik çalarlarda ve daha birçok taşınabilir elektronik cihazda kullanılmaktadır.
- Lityum iyon Polimer Piller: Bu piller Lityum iyon pillerin temel karakteristiklerini taşımaktadır ancak bunlardan farkı şarj yoğunluğunun daha az olmasıdır. Bu pilin en büyük özelliği; kullanıcının ihtiyacına göre kullanım yeri avantajı yaratabilmesidir. (Örnek verecek olursak ultra –ince pil ihtiyacı durumlarında elverişlidir.)
- Sodyum-sülfür (NaS) Piller
- Nikel-demir Piller
- Nikel metal hidrit (Ni-MH) Piller
- Nikel-kadmiyum Piller: Li-Ion ve Ni-MH pil tiplerinin kullanıldığı her yerde bu piller de kullanılabilir. Bu piller uzun şarj edilebilme sayısına (1500 defanın üzerinde) sahiptirler. Fakat diğer pil tiplerine göre daha az enerji yoğunluğuna sahiplerdir. NiCd piller daha çok eski teknoloji aletlerde kullanılmaktadırlar. Ancak Ni Cd piller kullanıldıkları aletlerde hafıza sorunlarına yol açmaları sebebiyle yerini yavaş yavaş modern pillere bırakmışlardır. Ayrıca bu piller içerdiği kadmiyum sebebiyle kullanımı sınırlandırılan pillerdir.
- Sodyum-metal klorid Piller
- Nikel–çinko Piller
- Erimiş tuz Piller: Bu pillerin en büyük avantajları elektriği üreten ve depolayan kısımlarında yer alan tuzlu sıvının bulunduğu yerden hareket edebilmesi ile birbirinden bağımsız olabilmesidir.
Lityum Pil Özellikleri
- Lityum iyon piller genel olarak taşınabilir elektronik cihazların kullanım ömürlerini uzatmalarıyla bilinmektedir.
- Lityum iyon piller diğer geleneksel pillere kıyasla daha yüksek güç yoğunluğuna sahip olmaları ve daha uzun ömürlü olmalarıyla anılır.
- Bir seviyeye kadar da daha hızlı şarj olurlar ve daha hafif bataryalardır.
- Li ion bir pili şarj etmek için pilin tamamen boşalmasına gerek yoktur.
- İstenildiği zaman şarj edilebilir ve istenildiği seviyede şarjdan çekilebilirler.
- Li-ion bataryalar toplam kapasitelerini her yıl %20 ila %30 oranında kaybetmektedir.
- Ortalama ömürleri ise yaklaşık 5 yıldır.
- Bu pillerin direkt güneş ışınlarına maruz bırakılmaması ve direkt ısıdan korunması gerekmektedir.
- Bu piller diğer piller arasında kullanılan en yaygın ve verimli olan pil/batarya türüdür.
18650 Pil Nedir?
18650 pil modeli Japon kökenli Sony şirketinin maliyetlerinden tasarruf etmek için ortaya koyduğu standart bir lityum iyon pil modelidir. 18650 isimli pilin adında yer alan her rakam, pilin bir ölçüsünü temsil eder. 18650 pildeki; 18 ibaresi 18 mm’lik bir çapı, 65 ibaresi 65 mm’lik bir uzunluğu ve 0 ise silindirik bir pili gösterir. Bu pil elektrik ev aletlerinde, el fenerlerinde, kamera ve dizüstü bilgisayarlarda(laptop) olmak üzere birçok elektronik alette kullanılırlar. Ayrıca Tesla tarafından 2013’ten beri, S&X model arabalarda bile kullanılmaktadır. Dolayısıyla 18650 pil kullanım açısından sıklıkla tercih edilen bir lityum iyon şarj edilebilir pil çeşididir. Kameralarda, fitness aletlerinde, fenerlerde ve bebek monitörlerinde de bu piller sıkça kullanılır. 18650 hücresinin voltaj değeri 3,7 volt pildir. Ve kapasitesi 1800mah ile 3500 mah(mili-amper-saat) arasındadır. Bu pillerin kullanırken voltaj ve akımına dikkat etmeniz gerekmektedir.
18650 Pilin Kullanım Alanları
- Enerji depolama alanları: Baz istasyonu güç kaynaklarında, temiz enerji depolamalarında, şebeke gücü enerji depolamasında veoptik depolama sistemlerinde kullanılır.
- Güç kategorisi alanları: Elektrikli araçlarda, elektrikli bisikletlerde ve yeni enerji araçlarında kullanılır.
- Dijital kullanım alanları: 18650 pilin bir diğer kullanım alanı da dijital ürünlerdir. 18650 piller cep telefonlarında, tabletlerde, dizüstü bilgisayarlarda, elektrikli oyuncaklarda, MP3/MP4, kulaklıklarda, şarj cihazlarında, model uçaklarda ve mobil güç kaynaklarında sıklıkla tercih edilir.
18650 Pil Fiyat
Li-ion 18650 3000 mAh şarjlı pillerin fiyatları alışveriş sitelerinde farklılık göstermekle birlikte 18650 şarjlı pil ortalama 200-250 TL arasında, 2500 mAh olan lityum iyon pil fiyat ise ortalama 100-150 TL arasındadır.
18650 Pil Üretimi
Avrupa’da lityum iyon 18650 pillerin seri üretimini yapan ilk firma Aspilsan firmasıdır. ASPİLSAN Enerji Sanayi ve Ticaret A.Ş. 1981 yılında Kayseri OSB’de kurulmuştur. ASPİLSAN Enerji şu anda Türkiye’nin en büyük batarya üreticisi konumunda bulunmaktadır. ASPİLSAN Enerji’nin lityum iyon 18650 hücresi tanınmış sertifikalı markaların benzer kapasiteli hücrelerine kıyasla daha yüksek deşarj hızına ve daha düşük sıcaklıklarda çalışabilme özelliğine sahiptir. Firmanın Lityum iyon hücre üretim tesisinin bir yıllık üretim kapasitesi yaklaşık olarak 220 MWh’dir. Fabrikanın üretim hattı da yılda yaklaşık olarak 21.600.000 hücre üretme kapasitesine sahiptir.
18650 Pilin Avantajları
- Büyük kapasiteli olmaları: 18650 lityum pillerin kapasiteleri genellikle 1200mah ile 3600mah arasındadır. Genel olarak diğer pillerin kapasitesi ise yalnızca yaklaşık 800 mah’dır. 18650 lityum piller birbirleriyle pil paketinde birleştirilmeleri halinde 18650 lityum pil paketi kapasitesi 5000 mah’ı aşabilmektedir.
- Uzun ömürlü olmaları: 18650 pilin diğer pillere göre oldukça uzun bir kullanım ömrü vardır. Ayroca normal bir kullanımda çevrim ömrü diğer pillere kıyasla 500 kattan fazlaya ulaşabilmektedir. Bu da 18650 pillerin ömrünün sıradan pillerin ömründen iki kat daha fazla bir ömre sahip olduğu anlamına gelmektedir.
- Yüksek güvenlik performansı olması: 18650 piller yüksek güvenlik performansına sahiptir. Ayrıca kısa devre oluşmasını önlemek için 18650 lityum pillerde pozitif ve negatif elektrotlar birbirinden ayrılmıştır. Bu nedenle de adını sıkça duyduğumuz kısa devre olasılığı önemli ölçüde azaltılmıştır. Pilin aşırı derecede şarj ve deşarj edilmesini önlemek amacıyla bir koruma levhası takılabilmektedir. Bu da pilin hizmet ömrünü daha da uzatabilmektedir.
- Yüksek voltaj durumu: 18650 pillerin voltajı genellikle 3.6 Volt 3.8V ve 4.2V’dir. Bu, NiCd(Nikel-kadmiyum pil) ve NiMH(Nikel-metal hidrit pil) pillerin 1.2V voltajından çok daha yüksektir.
- Hafıza etkisi yok: Şarj etmeden önce kalan gücü tamamen boşaltmak gerekmemektedir.
- Küçük iç direnci olması: 18650 pilin mevcut iç direnci yaklaşık olarak 14 miliohm ve genellikle 13-15 miliohm civarındadır. Empedans, pilin performansını etkileyeceğinden, genel olarak 50 miliohm normal kabul edilebilir bir değerdir. 50-100 miliohm kullanılabilir ancak performans düşmeye başlar. 200 miliohm’dan büyükse temelde bu pil kullanılamaz.
- 18650 lityum pil, bir pil takımı oluşturmak için seri veya paralel olarak iki şekilde de bağlanabilmektedir.
Güneş Enerjisi Pilleri ve Bataryaları: Lityum – İyon Pil Kullanımı, Üretim Kapasitesi ve Fiyat Artışı
Lityum iyon piller uzun zamanlardır enerji ve teknoloji alanlarında kullanılmakta ve bu buluşla birlikte küresel ölçekte her alanda kullanıma uygun halde bulunmakta olup güneş enerjili elektrik üretim ve depolama sistemlerinde en yaygın kullanılan pil türlerindendir. Pil ömrü açısından, depolama kapasitesi açısından, enerji yoğunluğu açısından, deşarj oranı açısından, güvenlik avantajları açısından ve üretim maliyeti gibi kendine özgü avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır.
Li-ion Pilin İçeriği
Enerji depolama sistemlerinde de sıklıkla kullanılan lityum-iyon pillerin BNEF analizine göre metal yoğunluğunun 2030’a kadar düşmesi beklenmektedir ancak lityum kullanımının önümüzdeki on yılda tam tersine gittikçe artacağı tahmin edilmektedir.
BloombergNEF’te belirtilen verilere göre enerji depolama sisteminde kullanılan lityum-iyon pilin; metal yoğunluğu Tablo.1’de göründüğü üzere 2022’de 670 kg/mWH olan lityum-ion yoğunluğunu 2030 yılında 630 kg/mWH olacağı öngörülmektedir. Bununla birlikte, enerji geçişi daha temiz güç kapasitesi ve depolamaya yol açabilecektir.
Lityum İyon Pillerin 2022 – 2023 Hacim Ağırlıklı Fiyatlarındaki Artış
Lityum pil fiyat araştırması yaparken; Yükselen hammadde ve pil bileşen fiyatları ve yükselen enflasyon oranının 2010’da piyasayı izlemeye başlamasından bu yana lityum iyon pil paketi fiyatlarında ilk kez artışa yol açtığı görülmektedir. Tüm sektörlerde lityum-iyon pil paketleri için hacim ağırlıklı ortalama fiyatlar, 2022’de gerçek anlamda geçen yıla göre %7 artışla 151 $/kWh’ye yükselmiştir. Aşağıdaki grafikte 2010 yılından 2021 yılına kadar sürekli bir düşüş gözlemlenirken 2022 yılında bu durum tersine dönmeye başlamıştır.
Bu fiyat artışına yön veren birden fazla faktör bulunmaktadır ancak bunlardan en önemlisi; kobalt, nikel ve lityum gibi malzemelerin yüksek maliyetli olmasıdır. Nikel ve kobalt fiyatları son aylarda düşerken lityumun fiyatı nispeten aynı kalmış gibi görünse de, bunların her birinin fiyatları önceki yıllarda olduğundan daha yüksektir. Bu durum artan pil talebinden ve yeni arzın ne kadar hızlı yaygın hale getirilebileceğine bağlı olmaktadır. Aynı zamanda Nikel veya kobalt içermeyen daha düşük maliyetli lityum demir fosfat (LFP) piller de bu yüksek maliyetleri düşürmek isteyen yatırımcılar için Li-ion pile alternatif olarak kullanılabilmektedir.
Olumlu açıdan bakılırsa her zamankinden daha ucuz pil çağının sona ermesinden ziyade bu durumun yalnızca bir duraklama dönemi olması, akabinde düşük maliyetlere geri dönülmesi öngörülmektedir. Yapılan inovasyon ve üretim iyileştirmeleri, genel olarak uzun vadeli azalan maliyetler eğilimini sürdürecek şekilde ayarlanmıştır. BNEF, pil fiyatlarının 2027 yılına kadar üçte birden fazla düşerek kilovat saat başına 94 ABD dolarına düşmesini bekliyor.
Lityum İyon Pil Hücresi ve Paket Fiyat Tahmini
BNEF’in 2023 yılı için hacim ağırlıklı lityum-iyon pil takımı fiyat tahmini 152$/kWh olarak, enerji depolama kurulum tahmini ise 28GW/69GWh olarak, dört saatlik bir sistem için anahtar teslimi enerji depolama sistemi maliyetlerini kullanılabilir bazında tahmini 300$/kWH olarak aşağıdaki grafikte gösterilmektedir.
BNEF’te yer alan bilgilere göre daha fazla lityum madeni çıkarma ve rafine etme kapasitesi devreye girdikçe lityum fiyatlarının 2024’te yeniden düşmeye başlaması beklenmektedir. Aksi takdirde pil fiyatlarının yükselerek devam etmesi enerji depolama projelerinin ekonomisine de zarar verecektir.
BNEF enerji depolama başkanı Yayoi Sekine’nin bu konu hakkındaki görüşlerinde; fiyat düşüşlerinde gerileme olmasına rağmen pil talebinin her yıl rekor oranda yükseldiği, yükselen bu talebin 2022 yılında 603GWh’ye ulaşması durumunda, arzının da bu büyüme hızında artırılmasının bu sektör için gerçek bir zorluk olacağını belirtmiştir. Ancak yine de arzın bu oranda artışı sağlanırsa, talebin daha da yükselmesinin kaçınılmaz olacağını belirtmektedir.
BloombergNEF metal ve madencilik başkanı Kwasi Ampofo’nin bu konu hakkındaki görüşleri ise; devam eden tedarik zinciri kısıtlamaları ve yeni üretim kapasitesindeki artışın yavaşlığı nedeniyle lityum fiyatlarının yüksek kalmaya devam edeceği yönündedir. Buna ek olarak lityum arzı, 2024’te fiyatlar üzerindeki baskıyı hafifletebilirken, jeopolitik ve ticari gerilimler; kısa vadede diğer önemli pil metali fiyatları için en büyük belirsizlik olmaya devam edeceğini belirtmektedir. Bu jeopolitik ve ticari gerilimlerin çözülmesi akabinde 2023 ve sonrasında fiyatların sakinleşmesinin beklenebileceğini belirtmiştir.
Lityum – İyon Pil Hücresi Üretim Kapasitesi
Lityum-iyon pil pazar büyüklüğünün 2022’de 44,5 milyar ABD dolarından 2031’de 135,1 milyar ABD dolarına çıkması bekleniyor; 2022’den 2031’e kadar %13,1’lik bir YBBO (yıllık bileşik büyüme oranı) ile büyümesi bekleniyor. Lityum-iyon pil pazarının büyümesini sağlayan temel faktörler, şarj edilebilir araçlardan ve yenilenebilir enerji sektöründen kaynaklı lityum-iyon pillere yönelik taleplerin artmasıdır.
Tablo.2’de de belirtildiği üzere 2010-2022 yılları arasında lityum iyon pil üretim kapasitesi yükselerek devam etmiştir. 2010 yılından beri gözlemlendiği üzere bu piyasada Çin ve Asya Pasifik bölgesi bu piyasayı oluşturmuş ve ileri yıllarda da canlandırmıştır. 2022 yılına gelindiğinde en yüksek üretim kapasitesine ulaşılmış olup, 2023 yılında ise bunun da üzerine çıkması beklenmektedir.
Çin’de üretilen lityum iyon pillerin toplam şarj kapasitesi 2022’nin ilk 10 ayında 580 GWh’e kadar ulaşmıştır. Çin içinde bulunduğumuz son 5 yıldır ürettiği mobil cihazlar ve elektrikli araçları çalıştırabilen pillerin en büyük pazarı konumunda bulunmaktadır. Özellikle Çin’de ve dünyada elektrikli otomobillere talebin artması da bu pillerin üretiminin ve arzının da artmasını sağlamaktadır.
Sanayi ve Enformasyon Teknolojisi Bakanlığı’nın verilerine göre ise 2022 yılının son iki aylık döneminde mobil cihazlar ve elektronik aletler için 84 GWh şarj kapasitesi, elektrikli otomobiller için de 224 GWh şarj kapasitesi üretimine ulaşılmıştır. Çin Binek Otomobil Üreticileri Birliği’nden alınan verilere göre ise şarj edilebilen pilli hibrit ve yakıt hücreli elektrikli otomobillerin satışının 2022 yılının ilk 10 ayında 5,03 milyona ulaştığı yönündedir. Bu satış rakamları 2021 yılının aynı dönemine göre ilk 10 ayında satışların yüzde %100,1 arttığı anlamına gelmektedir. Aynı zamanda ilgili dönemde Çin’in lityum iyon pil ihracatının ise yıllık % 87 oranında arttığı belirtilmiştir.
İlginizi Çekebilir: 1 Megawatt Güneş Enerjisi Maliyeti Nedir?
Yenilenebilir Enerji Sektörü ile ilgili faydalı blog içeriklerimizi Google Haberler'den takip etmek ister misiniz? Google Haberlere Abone Ol